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4. ULTRASCHALLSENSOR (DISTANZSENSOR)

 

 

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wie du mit einen Ultraschallsensor Distanzen messen und auswerten kannst.


 

WIE FUNKTIONIERT EIN ULTRASCHALLSENSOR?
 
Ein Ultraschallsensor hat einen Sender und einen Empfänger für die Ultraschallwellen. Bei einer Distanzmessung sendet er einen kurzen Ultraschallpuls und misst die Zeit, die dieser benötigt, um zum Objekt und wieder zurück zu laufen. Daraus kann er mit Hilfe der bekannten Schallgeschwindigkeit die Distanz ermitteln.  

Der Callibot-Sensor kann die Distanzen im Bereich von ca. 5 bis 200 cm messen und liefert die Werte in cm zurück. Wenn kein Objekt im Messbereich ist, gibt er den Wert 255 zurück.


 

MUSTERBEISPIELE
 


Beispiel 1: Ein Objekt erkennen
Der Roboter fährt vorwärts und misst alle 200 Millisekunden die Entfernung zum Objekt, der sich vor ihm befindet. Wenn die Entfernung kleiner als 20 cm ist, hält er an.

 

Programm: 

from callibot import *

forward()
repeat:
    d = getDistance()
    print(d)    
    if d < 20:
        stop()    
    delay(200)
► In Zwischenablage kopieren

Der Befehl getDistance() gibt die Distanz zum Objekt zurück. Der Sensorwert wird in einer Endlosschleife abgefragt und in der Variablen d gespeichert. delay(200) gibt die Messperiode an. Für die Überprüfung der Sensorwerte verwendest du die if-Struktur. Die eingerückte Anweisung stop() wird nur dann ausgeführt, wenn die Bedingung nach if erfüllt ist. Falls der Roboter via USB-Kable mit dem Computer verbunden ist, werden mit print(d) die Sensorwerte im Terminalfenster angezeigt.


Beispiel 2: Ein Regelungssystem für die Distanz zum Objekt

Dein Programm soll dafür sorgen, dass der Roboter in einer bestimmten Distanz zu deiner Hand bleibt. Ist er zu nahe, soll er rückwärts, sonst vorwärts fahren.

Für die Auswertung der Sensorwerte verwendest du die if-else-Struktur. Falls die Bedingung nach if stimmt, wird die Anweisung nach if ausgeführt, sonst die Anweisung nach else.

 

  

Programm: 

from callibot import *

forward()
setSpeed(30)
repeat:
    d = getDistance()
    if d < 20:
        backward()
    else: 
        forward()    
    delay(100)
► In Zwischenablage kopieren

 

Beispiel 3: Objekt suchen
Ein Roboter mit einem Ultraschallsensor soll ein Objekt finden und danach zu ihm fahren und ihn umstossen. Der Roboter steht beim Start in einer beliebigen Richtung, d.h. er muss zuerst drehen, bis er den Gegenstand detektiert.

  

Programm: 

from callibot import *

def searchTarget():
   repeat:  
      right()
      delay(50)    
      dist = getDistance()
      if dist != 255:
         right()
         delay(500)
         break
 
setSpeed(20)
searchTarget()
setSpeed(50)
forward()
► In Zwischenablage kopieren

Den Suchvorgang definierst du in der Funktion searchTarget(). Der Roboter dreht jeweils um einen kleinen Winkel nach rechts und misst die Distanz. Falls er ein Objekt detektiert (der Sensor gibt nicht mehr den Wert 255 zurück), dreht er noch ein wenig weiter, damit er gegen Mitte des Objekts gerichtet ist. Mit break kannst du die repeat-Schleife abbrechen und damit den Suchvorgang beenden. Im Hauptprogramm wird die Funktion searchTarge() aufgerufen und der Roboter fährt nach dem erfolgreichen Suchvorgang zum Objekt. Du kannst das Programm noch optimieren, indem du den Roboter stopst, sobald er näher als 5 cm beim Gegenstand ist.


Eine moderne Industrieanlage ohne Sensoren ist heute kaum mehr denkbar. Auch in unserem Alltag umgeben uns Sensoren. Die modernen Autos verfügen über 50 - 100 verschiedene Sensoren: Abstandsensoren, Drehzahl- und Geschwindigkeitsensoren, Füllstansensor des Benzintanks, Temperatursensor usw.

Beim Einparkieren werden Distanzsensoren verwendet, die ähnlich funktionieren, wie diejenigen unseres kleinen Callibots.

 

  

 

 

MERKE DIR...
 

Die Anweisung getDistance() gibt den Wert des Ultraschalsensors zurück. Die Sensorwerte werden in einer repeat-Schleife periodisch gemessen, delay(100) bestimmt die Messperiode. Dieser Befehl ist wichtig, das sonst die Werte zu häufig abgefragt werden, was zur Überlastung des Mikroprozessors führen kann.

 

 

ZUM SELBST LÖSEN

 

 
1.

Das Regelungssystem im Beispiel 2 ist noch nicht optimal. Wenn du die Hand ganz wegnimmst, reagiert der Roboter oft verwirrt, da er entweder weit entfernte Gegenstände oder gar nichts detektiert. Optimiere das Programm so, dass der Roboter im Fall, dass die Distanz grösser als 50 cm ist, stehen bleibt.

   
if d < 20:
   ... 
elif d >= 20 and d < 50:
   ... 
else:
   ...
  Dazu verwendest du die if-elif-else-Struktur, mit welcher du eine mehrfache Auswahl programmieren kannst.

2.

Ein Roboter mit einem Ultraschallsensor soll einen höherer Gegenstand (Säule aus Pappkarton, Kerze, Büchse...) finden, indem er am Ort langsam dreht und die Distanz misst. Falls er ein Objekt im Abstand kleiner als 40 cm detektiert, löst er für 4 Sekunden einen Alarm aus.


  
3.

Ein Roboter soll gleich wie im Beispiel 2 ein Objekt finden, indem er am Ort dreht und die Werte seines Ultraschalsensors auswertet. Wenn er ein Objekt entdeckt, fährt er hinzu und bleibt im Abstand von 10 cm vor dem Objekt stehen.
4.
Ein Roboter mit einem Ultraschallsensor versucht den Ausgang aus einem begrenzten Raum zu finden. Er dreht zuerst langsam am Ort und wenn er keine Wand detektiert, fährt er los.